[논문 리뷰] Electroweak-Higgs Unification in the Two Higgs Doublet Model: Masses and Couplings of the Neutral and Charged Higgs Bosons

J. Lorenzo Díaz-Cruz, A. Rosado|LA Referencia (Red Federada de Repositorios Institucionales de Publicaciones Científicas)|2006. 10. 13.

Particle physics theoretical and experimental studies참고 문헌 1인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 두 히iggs 두중체 모형(THDM)에서 중간 스케일 $M_{GH}$ 에서 히iggs 자기상호작용이 전자약력 게이지 상호작용과 통합되는 새로운 전자약력-히iggs 통합 시나리오를 제안한다. 선형 또는 이차 통합 조건을 $g_1$, $g_2$, 및 $\lambda_i$ 매개변수 간에 적용함으로써, 저자들은 특정한 히iggs 질량 스펙트럼을 예측한다: $\tan\beta = 1$ 일 때 $m_{h^0} \approx 109$ GeV, $m_{H^0} \approx 123$ GeV, $m_{A^0} \approx 116$ GeV, $m_{H^\pm} \approx 80$ GeV이며, 다양한 초전하 정규화 방식에서도 결과가 안정하다.

ABSTRACT

We obtain the mass spectrum and the Higgs self-coupling of the two Higgs doublet model (THDM) in an alternative unification scenario where the parameters of the Higgs potential $λ_i$ ($i=1,2,3,4,5$) are determined by imposing their unification with the electroweak gauge couplings. An attractive feature of this scenario is the possibility to determine the Higgs boson masses by evolving the $λ_i$,s from the electroweak-Higgs unification scale $M_{GH}$ down to the electroweak scale. The unification condition for the gauge ($g_1,g_2$) and Higgs couplings is written as $g_1=g_2=f(λ_i)$, where $g_1=k_Y^{1/2} g_Y$, and $k_Y$ being the normalization constant. Two variants for the unification condition are discussed; Scenario I is defined through the linear relation: $g_1=g_2=k_H(i)λ_i(M_{GH})$, while Scenario II assumes a quadratic relation: $g^2_1=g^2_2=k_H(i)λ_i(M_{GH})$. Working in Scenario I, fixing {\it ad hoc} $-k_H(5)={1/2} k_H(4)={3/2} k_H(3)=k_H(2)=k_H(1) =1$, taking $ anβ=1$ and using the standard normalization ($k_Y=5/3$), we obtain the following spectrum for the Higgs boson masses $m_{h^0} = 109.1$ GeV, $m_{H^0} = 123.2$ GeV, $m_{A^0} = 115.5$ GeV, and $m_{H^{\pm}} = 80.3$ GeV, with similar results for other normalizations such as $k_Y=3/2$ and $k_Y=7/4$.

연구 동기 및 목표

• 전자약력-히iggs 통합 시나리오를 탐색하여, 히iggs 자기상호작용이 중간 스케일 $M_{GH}$ 에서 전자약력 게이지 상호작용과 통합되는가를 조사한다.
• 이러한 통합 조건 하에서 두 히iggs 두중체 모형(THDM)의 히iggs 보손 질량 스펙트럼을 예측한다.
• 히iggs 질량과 상호작용이 초전하 정규화 $k_Y$ 와 $\tan\beta$ 에 어떻게 의존하는지 분석한다.
• 향후 ILC와 같은 충돌기에서의 현상학적 타당성을 평가한다.

제안 방법

• 두 가지 변형인 선형(시나리오 I)과 이차(시나리오 II)에서 $g_1 = g_2 = k_H(i)\lambda_i(M_{GH})$ 의 통합 조건을 도입한다.
• 렌탈라이제이션 그룹 진화를 사용하여 $\lambda_i$ 매개변수를 $M_{GH}$ 에서 전자약력 스케일로 내려가는 방식으로 연장한다.
• 초전하 정규화 $k_Y$ 를 $5/3$, $3/2$, $7/4$ 로 고정하여 그가 $M_{GH}$ 와 히iggs 스펙트럼에 미치는 영향을 탐색한다.
• 명시적인 $\mu^2_0$ 와 $\lambda_i$ 매개변수를 포함한 THDM 스칼라 포텐셜을 사용하여 히iggs 질량과 상호작용을 계산한다.
• $g_1 = k_Y^{1/2}g_Y$ 조건을 적용하고, $g_1$, $g_2$ 를 $\lambda_i$ 와 $k_H(i)$ 계수를 통해 연결하여 통합을 강제한다.
• 다양한 $\tan\beta$ 값에 대해 중성 및 전하를 띤 히iggs 상태의 질량 행렬 대각화를 수치적으로 해결한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 THDM에서 히iggs 자기상호작용 $\lambda_i$ 는 고에너지 스케일 $M_{GH}$ 에서 전자약력 게이지 상호작용 $g_1$, $g_2$ 와 통합될 수 있는가?
• RQ2 이러한 통합 조건 하에서 도출되는 히iggs 보손 질량 스펙트럼은 무엇인가?
• RQ3 예측된 히iggs 질량은 초전하 정규화 $k_Y$ 와 $\tan\beta$ 에 어떻게 의존하는가?
• RQ4 예측된 히iggs 질량은 현재의 실험 제약 조건과 일치하며 향후 충돌기에서 관측 가능한가?
• RQ5 $\lambda_i$ 매개변수는 이러한 통합 프레임워크 하에서 히iggs 섹터의 구조를 결정하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• $\tan\beta = 1$ 이고 $k_Y = 5/3$ 일 때, 시나리오 I에서 예측된 히iggs 질량은 $m_{h^0} = 109.1$ GeV, $m_{H^0} = 123.2$ GeV, $m_{A^0} = 115.5$ GeV, $m_{H^\pm} = 80.3$ GeV 이다.
• 전자약력-히iggs 통합 스케일은 $k_Y = 5/3$ 일 때 $M_{GH} = 1.3 \times 10^{13}$ GeV 이며, $k_Y = 3/2$ 일 때 $5.9 \times 10^{14}$ GeV 으로 증가한다.
• 히iggs 질량 스펙트럼은 다양한 $k_Y$ 값에서도 상대적으로 안정적이며, $k_Y = 7/4$ 인 경우 $\tan\beta$ 가 1.0 에서 1.2 로 증가함에 따라 $m_{h^0}$ 이 109.1 GeV 에서 95.0 GeV 으로 약간 감소한다.
• charged Higgs 질량은 $\tan\beta$ 가 증가함에 따라 단조롭게 증가하며, $k_Y = 7/4$ 인 경우 $\tan\beta = 1.2$ 에서 $84.27$ GeV 에 도달한다.
• 중성 히iggs 상태인 $h^0$, $H^0$, $A^0$ 는 $\tan\beta$ 에 대해 비단조적 질량 행동을 보이며, $\tan\beta$ 가 증가함에 따라 $m_{H^0}$ 는 감소하고 $m_{A^0}$ 는 증가한다.
• 다양한 초전하 정규화 방식에 대해 결과가 강인하며, $k_Y = 5/3$, $3/2$, $7/4$ 에서 일관된 예측이 이루어진다.